基于非线性效应的多波长掺铒光纤激光器的研究
本文选题:多波长激光器 切入点:非线性效应 出处:《哈尔滨工业大学》2015年博士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:密集波分复用技术是提升光纤通信速率与容量的有效途径,其实现的关键技术是产生多波长激光信号。传统的方法是采用半导体激光器阵列产生多波长激光信号,但这种阵列光源因为系统庞大、结构复杂以及成本较高等缺点,一定程度地限制了通信容量的提升。相比之下,掺铒光纤激光器作为产生多波长激光信号的光源,具有结构简单、体积小、重量轻及成本低等优点,被认为是大容量光纤通信系统中最具潜力的光源,因此对其开展相关研究具有非常重要的意义。然而,一般情况下的掺铒光纤激光器存在剧烈的模式竞争效应,无法实现多波长激光输出。为解决这一问题,本论文围绕非线性光学效应抑制模式竞争的方法,开展了基于受激布里渊散射、四波混频、受激布里渊散射与非线性光学环形镜组合、受激布里渊散射与四波混频组合的多波长掺铒光纤激光器的理论与实验研究。其主要的研究内容如下:(1)通过结合描述掺铒光纤的速率方程与受激布里渊散射耦合方程的解析解,建立了基于受激布里渊散射效应的多波长掺铒光纤激光器的理论模型,数值模拟了掺铒光纤泵浦功率、布里渊泵浦功率及波长对此类多波长掺铒光纤激光器的输出波长数量的影响,并对其进行了相应的实验验证,数值模拟与实验结果吻合较好。(2)提出了利用两注入泵浦光信号的方法,使基于四波混频的多波长掺铒光纤激光器实现波长间隔任意可调。实验观测了这种多波长激光器输出波长数量对注入泵浦波长、功率、波长间隔及掺铒光纤泵浦功率的依赖关系,并数值模拟了这些依赖关系,实验与数值模拟结果具有较好的一致性。(3)针对基于受激布里渊散射的多波长掺铒光纤激光器输出幅度平整性不好、输出数量调节不便利的现象,提出了利用受激布里渊散射与非线性光学环形镜组合的技术方案。在此方案基础上,建立了这种多波长掺铒光纤激光器的理论模型,数值模拟了掺铒光纤泵浦功率、四分之一波片角度和输入偏振状态对此类多波长激光器输出的波长数量与幅度平整性的影响,并进行了实验验证,数值模拟获得的变化规律与实验结果相一致。(4)提出了利用受激布里渊散射与四波混频组合的技术方案,使掺铒光纤激光器获得多波长输出。在此基础上,建立了这种多波长掺铒光纤激光器的理论模型,该模型通过利用受激布里渊散射与四波混频效应组合的非线性极化强度表达式,推导了描述这两种非线性效应的功率与相位耦合方程。根据建立的-I-模型,本论文进行了相应的数值模拟以及实验验证,分析了掺铒光纤泵浦功率、布里渊泵浦功率对输出多波长数量的影响。本论文的研究结果对于完善基于这些非线性效应的多波长掺铒光纤激光器的机理模型、优化此类多波长掺铒光纤激光器设计、促进其实际应用具有重要的指导意义。
[Abstract]:Dense wavelength Division Multiplexing (DWDM) is an effective way to improve the speed and capacity of optical fiber communication. The key technology is to produce multi-wavelength laser signal, the traditional method is to use semiconductor laser array to generate multi-wavelength laser signal. However, because of the large system, complex structure and high cost, this kind of array light source limits the communication capacity to a certain extent. In contrast, erbium-doped fiber laser is used as the light source to produce multi-wavelength laser signal. With the advantages of simple structure, small size, light weight and low cost, it is considered as the most potential light source in large capacity optical fiber communication system. In general, erbium-doped fiber lasers have intense mode competition effect, so it is impossible to realize multi-wavelength laser output. In order to solve this problem, this paper focuses on the method of suppressing mode competition due to nonlinear optical effects. Based on stimulated Brillouin scattering, four-wave mixing, stimulated Brillouin scattering and nonlinear optical annular mirror, Theoretical and experimental study of a multi-wavelength erbium-doped fiber laser with stimulated Brillouin scattering and four-wave mixing. The main contents of this study are as follows: 1) Analytical solutions of the rate equation and stimulated Brillouin scattering coupling equation of erbium-doped fiber are described by combining the rate equation and the stimulated Brillouin scattering equation. A theoretical model of multi-wavelength erbium-doped fiber laser based on stimulated Brillouin scattering effect is established. The pump power of erbium-doped fiber is numerically simulated. The effects of Brillouin pump power and wavelength on the number of output wavelengths of this kind of multiwavelength erbium-doped fiber lasers are verified by experiments. The numerical simulation is in good agreement with the experimental results. The multiwavelength erbium-doped fiber laser based on four-wave mixing can be adjusted at arbitrary wavelength intervals. The number of output wavelengths of this multi-wavelength laser is experimentally observed for the injection pump wavelength and power. The dependence of wavelength interval and the pump power of erbium-doped fiber is simulated numerically. The experimental results are in good agreement with the numerical simulation results. (3) aiming at the phenomenon that the output amplitude of multi-wavelength erbium-doped fiber laser based on stimulated Brillouin scattering is not smooth enough and the output quantity is not convenient to adjust, Based on this scheme, the theoretical model of the multi-wavelength erbium-doped fiber laser is established, and the pump power of erbium-doped fiber is numerically simulated. The effects of 1/4 wave plate angle and input polarization state on the wavelength number and amplitude levelness of this kind of multiwavelength laser are verified by experiments. The variation law obtained by numerical simulation is consistent with the experimental results. (4) A technical scheme of combining stimulated Brillouin scattering and four-wave mixing is proposed to obtain multi-wavelength output of erbium-doped fiber laser. The theoretical model of this multi-wavelength erbium-doped fiber laser is established. The nonlinear polarization intensity is expressed by using the combination of stimulated Brillouin scattering and four-wave mixing effect. The power and phase coupling equations describing the two nonlinear effects are derived. According to the established -I- model, the corresponding numerical simulation and experimental verification are carried out, and the pump power of erbium-doped fiber is analyzed. The effects of Brillouin pump power on the output number of multi-wavelength erbium doped fiber lasers are studied in this paper. The results of this paper can improve the mechanism model of multi-wavelength erbium-doped fiber lasers based on these nonlinear effects and optimize the design of such multi-wavelength erbium-doped fiber lasers. It has important guiding significance to promote its practical application.
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN248
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 张胜海;苗劲松;杨华;;用延时注入-反馈法实现掺铒光纤激光器的混沌同步[J];吉林大学学报(理学版);2006年01期
2 夏菁;;掺铒光纤激光器稳定特性分析[J];南京晓庄学院学报;2006年04期
3 范文华;田小建;于永力;陈菊芳;罗红娥;;基于反馈参数调制的掺铒光纤激光器混沌同步[J];物理学报;2006年10期
4 黄琼;周平;董会宁;;混沌控制双环掺铒光纤激光器的不稳定性输出[J];半导体光电;2006年06期
5 邵铭;张胜海;钱兴中;;单环掺铒光纤激光器的混沌驱动同步[J];长春理工大学学报(自然科学版);2007年01期
6 李丰;潘炜;罗斌;;基于互注入的双环掺铒光纤激光器的混沌控制及同步[J];量子光学学报;2008年02期
7 蔡璐璐;张凯萱;吴飞;;掺铒光纤激光器的混沌电路设计与实现[J];燕山大学学报;2013年05期
8 邱明新;掺铒光纤激光器的热效应[J];应用激光;1994年01期
9 孙军强,黄德修;掺铒光纤激光器中自脉冲的控制[J];光学学报;1996年09期
10 郭晓东,乔学光,贾振安,王小凤;掺铒光纤激光器的研究与进展[J];激光与光电子学进展;2003年12期
相关会议论文 前10条
1 夏江珍;蔡海文;任虹;瞿荣辉;陈高庭;方祖捷;Insoo S.KIM;Yohee KIM;;一种新型的全光纤调Q掺铒光纤激光器[A];全国第十次光纤通信暨第十一届集成光学学术会议(OFCIO’2001)论文集[C];2001年
2 徐佳;吴思达;刘江;杨全红;王璞;;氧化石墨烯被动调Q掺铒光纤激光器[A];第十届全国光电技术学术交流会论文集[C];2012年
3 范文华;田小建;邓军;郑凡;;基于单环掺铒光纤激光器系统的混沌保密通信[A];2007年先进激光技术发展与应用研讨会论文集[C];2007年
4 吴国锋;伍浩成;阳华;邱仁和;;可调谐掺铒光纤激光器的几种构成方式及特点[A];全国第十次光纤通信暨第十一届集成光学学术会议(OFCIO’2001)论文集[C];2001年
5 张书敏;吕福云;王健;;全光纤主动调Q掺铒光纤激光器的实验研究[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
6 郭文刚;涂成厚;李勇男;杨秀峰;吕福云;;掺铒光纤激光器时域特性及其在光纤传感中的应用[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
7 白燕;;一种结构新颖的环形腔可调谐掺铒光纤激光器[A];2013年(第五届)西部光子学学术会议论文集[C];2013年
8 陈胜平;丁镭;王树民;李乙钢;吕可诚;周寿桓;;双波长可转换S波段掺铒光纤激光器[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
9 洪蕾;苏觉;杨利;钱景仁;;具有非互易器件的双向单纵模圆偏振掺铒光纤激光器[A];微机电惯性技术的发展现状与趋势——惯性技术发展动态发展方向研讨会文集[C];2011年
10 刘芸;邢俊红;焦明星;;双FBG双波长掺铒光纤激光器设计与实验研究[A];2012年西部光子学学术会议论文摘要集[C];2012年
相关博士学位论文 前10条
1 王枫;基于光纤叠栅的可调谐掺铒光纤激光器研究[D];燕山大学;2016年
2 徐佳;短脉冲掺铒光纤激光器及同步泵浦中红外光参量振荡器[D];北京工业大学;2016年
3 袁易君;基于非线性效应的多波长掺铒光纤激光器的研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
4 张胜海;掺铒光纤激光器超混沌控制与同步及光学时空斑图研究[D];长春理工大学;2003年
5 杨薇;声光可调谐环形掺铒光纤激光器[D];天津大学;2010年
6 范文华;基于掺铒光纤激光器的混沌保密通信方法研究[D];吉林大学;2007年
7 田佳峻;多波长掺铒光纤激光器及宽带光源的理论和实验研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
8 郑骁鹏;基于掺铒光纤激光器的混沌加密技术研究[D];吉林大学;2009年
9 张欣;光通信系统中掺铒光纤激光器的研究[D];兰州大学;2007年
10 张晨芳;多波长掺铒光纤激光器和稀土掺杂光纤的研究[D];北京交通大学;2014年
相关硕士学位论文 前10条
1 张飞;掺铒光纤激光器强度噪声的研究[D];安徽大学;2011年
2 贾莉;双环掺铒光纤激光器混沌控制与混沌电路[D];燕山大学;2012年
3 常锋;掺铒光纤激光器的混沌产生实验研究[D];长春理工大学;2012年
4 张乐;波长可开关掺铒光纤激光器研究[D];吉林大学;2016年
5 王伟鹏;宽调谐窄线宽掺铒光纤激光器的研究[D];天津大学;2007年
6 曹素霞;掺铒光纤激光器在乙炔气体检测中的应用[D];燕山大学;2010年
7 王昊丰;基于掺铒光纤激光器的混沌同步仿真实验研究[D];吉林大学;2010年
8 马凤;环腔掺铒光纤激光器应用于气体传感的理论和实验研究[D];天津大学;2009年
9 孟涛;线型腔掺铒光纤激光器的辐射特性研究[D];北京交通大学;2011年
10 任娜;双环掺铒光纤激光器混沌控制与同步研究[D];河北工业大学;2005年
,本文编号:1626634
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/1626634.html